01. 목구조 시리즈 (전체 10편) —03집성재(Glulam) 강도등급과 활용법

목재의 한계를 뛰어넘다, 공학목재 집성재의 모든 것

최근 목조 건축에 대한 관심이 높아지면서 단순히 나무를 그대로 잘라 쓰는 것을 넘어, 기술력을 더해 성능을 극대화한 자재들이 주목받고 있습니다. 그중에서도 단연 눈에 띄는 것이 바로 집성재입니다. 카페, 도서관, 체육관 같은 대형 공간의 천장을 올려다보면 자연스럽게 시선을 사로잡는 아름다운 나뭇결의 거대한 보나 기둥을 본 적이 있으실 겁니다. 투박한 철골 구조나 콘크리트 대신 따뜻하면서도 세련된 분위기를 연출하는 이 자재의 정체가 바로 집성재입니다.

집성재는 자연 원목이 가진 고유한 매력을 살리면서도, 건축 자재로서 갖추어야 할 안정성과 규격화를 이뤄낸 현대 공학목재의 대표 주자입니다. 나무는 자연에서 자라기 때문에 옹이가 있거나 수분이 마르면서 뒤틀리는 등의 편차가 심한 편입니다. 집성재는 이러한 원목의 단점을 기술적으로 보완하여 대형 건축물부터 아기자기한 인테리어 소품까지 폭넓게 활용되고 있습니다. 이 자재가 무엇이고 어떤 특징을 가지고 있는지 자세히 살펴보겠습니다.

집성재의 개념과 만들어지는 과정

집성재는 얇은 목재 판인 라미나를 결에 맞추어 접착제로 여러 장 붙여서 만든 공학목재입니다. 영어로는 Glued Laminated Timber라고 부르며, 줄여서 글루램이라고도 불립니다. 나무는 원래 통나무 상태일 때 크기와 길이에 한계가 있고, 건조 과정에서 갈라지거나 휘어지는 성질이 강합니다. 큰 나무를 구하기도 어렵고 구한다고 해도 구조적으로 완벽한 균질성을 기대하기 어렵습니다.

목재를 얇은 판으로 켠 뒤 눈에 보이는 결함이나 옹이가 있는 부분을 잘라내고, 결점 없는 부분끼리 다시 이어 붙이는 과정을 거칩니다. 이 과정에서 목재 내부의 응력이 분산되어 통나무보다 훨씬 더 단단하고 안정적인 형태를 유지할 수 있게 됩니다. 작은 조각들을 모아 더 큰 부재로 재탄생시키는 셈이므로 목재의 낭비를 줄이는 친환경적인 측면도 가지고 있습니다.

구조적 안전성을 담보하는 강도등급 제도

집성재가 일반 원목과 가장 크게 차별화되는 점은 바로 강도가 수치화되어 있다는 것입니다. 건축물을 지을 때는 하중을 얼마나 견딜 수 있는지 계산하는 구조계산이 필수적입니다. 원목은 나무마다 강도가 제각각이라 정확한 구조계산이 까다롭지만, 집성재는 공장에서 정밀하게 제작되므로 규격화된 강도등급을 가집니다.

국내에서는 KS F 3021 규격에 따라 구조용 집성재의 품질과 강도등급을 엄격하게 인증하고 있습니다. 건축구조기준에서는 집성재의 강도등급별로 허용응력을 상세하게 제시하고 있어 설계자가 안전성을 확실하게 검토할 수 있습니다.

• E10, E12 등 탄성계수와 휨강도에 따라 다양한 등급으로 분류됩니다.

• 등급에 따른 허용응력이 명확하게 규격화되어 있어 복잡한 구조계산이 용이합니다.
• 설계 하중에 맞는 최적의 자재를 선택할 수 있어 자재 낭비를 막고 안전성을 높입니다.
• 품질 인증 마크를 통해 규격에 맞는 제품인지 손쉽게 확인할 수 있습니다.

설계의 자유를 넓히는 형태적 장점

집성재의 가장 매력적인 부분 중 하나는 바로 곡선형 부재를 만들 수 있다는 점입니다. 원목이나 철제는 곡선을 구현하려면 별도의 복잡한 가공이 필요하고 비용도 급격히 상승합니다. 반면 집성재는 접착하기 전의 얇은 목재 판 상태에서 원하는 곡선형 틀에 맞춰 압착하면 자연스럽게 휘어진 대형 부재를 만들 수 있습니다.

이러한 특성 덕분에 아치형 지붕보나 물결 모양의 천장 구조 등 독창적이고 아름다운 건축 디자인을 실현할 수 있습니다. 공간에 부드러운 곡선을 도입하여 딱딱한 느낌을 지우고 유기적인 아름다움을 더하고자 하는 건축가들에게 집성재는 매우 매력적인 선택지입니다. 힘을 받는 구조체 역할과 동시에 마감재 역할까지 동시에 수행하므로 인테리어 비용을 절감하는 효과도 기대할 수 있습니다.

사용 환경을 결정하는 접착층의 내수성능

집성재를 선택할 때 반드시 확인해야 할 중요한 요소 중 하나가 바로 접착제입니다. 나무 판과 판을 단단하게 붙여주는 접착제는 외부 환경이나 습기에 얼마나 잘 견디느냐에 따라 내부용과 외부용으로 구분됩니다. 사용 환경을 고려하지 않고 자재를 선정하면 시간이 지남에 따라 접착층이 떨어져 나가는 심각한 하자로 이어질 수 있습니다.

실내에서만 사용되는 가구나 일반적인 실내 건축 부재의 경우 내부용 접착 성능을 가진 집성재로 충분합니다. 하지만 습기에 자주 노출되거나 비바람을 직접 맞는 외부 테라스, 처마 밑, 혹은 수영장이나 대형 온실 같은 다습한 공간에는 반드시 외부용 내수성능을 갖춘 제품을 적용해야 합니다.

• 내부용 집성재는 습기가 적고 건조한 실내 공간의 보, 기둥, 가구 등에 적합합니다.

• 외부용 집성재는 높은 습도나 결로, 비바람에 노출되는 환경에서도 접착력이 유지됩니다.
• 시공 장소의 온습도 변화를 면밀히 파악하고 적절한 내수 등급의 제품을 주문해야 합니다.
• 접착제의 포름알데히드 방출량 등 친환경 등급(SE0, E0 등)도 함께 확인하는 것이 좋습니다.

대형 공간 시공 시 반드시 검토해야 할 핵심 요소

카페나 체육시설 같은 대공간 건축물에 집성재 아치보를 적용할 때는 시각적인 아름다움 외에도 기술적으로 검토해야 할 실무적인 포인트들이 있습니다. 첫째는 처짐 관리입니다. 목재는 하중을 받으면 서서히 변형이 발생할 수 있으므로 장기적인 처짐을 예측하고 구조적으로 안전한 두께와 폭을 산정해야 합니다.

둘째는 화재 안전성입니다. 목재는 불에 탄다는 고정관념이 있지만, 집성재와 같은 대형 단면의 공학목재는 화재 시 오히려 철골보다 유리한 면이 있습니다. 철골 구조는 화재로 고열을 받으면 순식간에 강도를 잃고 무너져 내리는 반면, 굵은 집성재는 표면에 두꺼운 탄화층을 형성하여 내부의 목재가 타들어 가는 속도를 늦춰줍니다. 이 탄화층이 일정 시간 동안 구조적 내력을 유지해주므로, 화재 시 대피 시간을 벌 수 있는 내화성능을 별도로 검토하여 설계에 반영합니다.

집성재에 대한 흔한 오해와 진실

목재 자재에 대해 일반 소비자들이 흔히 오해하는 부분들이 있습니다. 그중 하나가 집성재는 통나무보다 약할 것이라는 생각입니다. 하지만 앞서 언급했듯이 집성재는 작은 원목 조각들을 접착하여 결점을 보완했기 때문에, 오히려 일반 원목보다 뒤틀림이나 갈라짐에 강하고 균일한 강도를 발휘합니다.

또 다른 오해는 접착제를 많이 사용하여 인체에 해롭지 않을까 하는 우려입니다. 현대의 구조용 집성재는 엄격한 친환경 기준을 준수하는 접착제를 사용하며, 휘발성 유기화합물이나 포름알데히드 방출량이 극히 적은 제품들이 주를 이룹니다. 다만 저가의 비인증 제품이나 실내용을 외부에 무단으로 사용하는 경우 문제가 될 수 있으므로, KS 인증 마크와 품질 성적서를 꼼꼼히 확인하는 과정이 필수적입니다.

비용 효율적이고 현명한 활용 방법

집성재는 원목에 비해 자재 손실률이 낮고 대량 생산이 가능하여 경제성이 뛰어난 편입니다. 그러나 규격과 등급, 수종에 따라 가격 차이가 꽤 나는 편이므로 프로젝트의 성격에 맞게 현명하게 자재를 선택하는 지혜가 필요합니다. 예를 들어 구조적으로 큰 힘을 받지 않는 공간에 과도하게 높은 강도등급이나 특수 수종을 고를 필요는 없습니다.

노출 마감으로 사용되어 시각적인 인테리어 효과를 크게 기대하는 부재라면 나뭇결이 고르고 옹이가 적은 프리미엄 등급의 수종을 선택하고, 구조용으로 숨겨지는 부재라면 강도 중심의 실속 있는 등급을 선택하는 것이 비용을 아끼는 요령입니다. 또한 시공 과정에서 수분에 노출되지 않도록 보관과 양생에 주의를 기울이면 하자로 인한 추가 비용 발생을 막을 수 있습니다.

자주 묻는 질문

집성재와 일반 집성판의 차이점은 무엇인가요? 집성판은 주로 가구나 소형 인테리어용으로 얇고 작은 나무 조각을 붙여 만든 판재를 의미하며, 집성재는 그보다 훨씬 큰 규모의 구조용 부재를 통칭하는 경우가 많습니다. 건축물의 보나 기둥으로 쓰이는 것은 구조용 집성재로 분류됩니다.

집성재 표면은 어떻게 관리해야 하나요? 실내에 노출된 집성재는 정기적으로 마른걸레로 먼지를 닦아주고, 목재 전용 오일이나 바니시로 코팅을 관리해주면 오랜 시간 동안 자연스러운 질감과 색감을 유지할 수 있습니다. 습기가 많은 곳이라면 방부 및 방수 코팅 상태를 주기적으로 점검하는 것이 좋습니다.

외부에 시공할 때 특별히 주의할 점이 있나요? 외부용 집성재를 사용할지라도 비가 직접 들이치거나 고이는 부위는 피하는 설계가 유리합니다. 목재는 수분의 흡수와 건조를 반복하면서 변형이 생길 수 있으므로, 처마를 길게 빼거나 방수 후레싱 디테일을 꼼꼼하게 적용하여 수분 접촉을 최소화하는 것이 수명을 늘리는 비결입니다.